基于MATLAB的自修复飞控系统仿真

可靠性和可维护性是当代飞控系统面临的首要问题,自修复飞控系统在解决这两方面问题的同时,提高了飞机的生存能力。采用ＭＡＴＬＡＢ仿真语言,开发出自修复飞控系统仿真平台,实现了收音机的全面运动仿真。同时,根据自修复飞控系统的需要,可进行了收音机故障的加载,以及对故障进行检测、隔离和估计,然后完成飞行重构,具备了完整的自修复飞控系统信息功能。     

机载飞控计算机机内自检测方法的研究

针对国内大型民用飞机主飞行控制计算机系统复杂,计算机故障种类繁多以及故障检测困难等诸多问题,通过分析主飞行控制计算机各部件的功能及故障模式,研究飞机在执行飞行任务过程中主飞行控制系统BIT在不同阶段检测内容,对主飞行控制计算机的核心部件给出了具体BIT自检测方法以及实现自检测的相关电路;研究表明文章中给出的自检测方法能高效并准确地检测出主飞控计算机核心部件在飞控系统运行过程中出现的故障情况,进而提高了主飞控计算机的可靠性。     

分布交互式实时三维飞行仿真平台的综合设计

针对基于高阶非线性系统数学模型基础上的飞行器控制系统设计难于验证的实际问题,在基于全数字飞机的非线性模型基础上,在分布式局域网的仿真环境下,利用飞行控制律实时算法、面向对象的编程方法、TCP/IP网络通信技术及计算机三维仿真等技术,构建了分布交互式实时三维飞行控制系统仿真平台,研究了该平台的软硬件构成、设计方法及相关的关键技术,并且在网络环境下分别开发了基于增益表和自修复重构的实时仿真算法,成功模拟了飞机在驾驶员在环和全自动飞行的情况,研究结果表明了该仿真平台在飞行仿真训练和教学中的实用性以及验证先进控制律的可移植性.     

某型直升机半物理仿真系统的设计

飞控计算机是现代直升机控制的不可缺少的部分。研制功能完善的高性能飞控计算机是直升机发展的重要一步；在飞控计算机应用到直升机上之前，需要对其进行较为全面的仿真测试；文章结合飞行控制律的设计，开发了用于对飞控计算机进行全面测试的半物理仿真系统；主要完成了模型的建立和仿真，研制了基于嵌入式操作系统VxWorks及仿真工具软件MATLAB的主仿真系统并进行了调试；通过对其开环和闭环的调试以及仿真结果的分析表明，该系统对发送的飞机姿态信息能够进行实时显示和处理。满足飞行品质技术指标要求。半物理仿真结果可真实可靠的反映直升机的飞行过程。     

基于检测滤波器的俯仰角速率传感器故障检测研究

针对飞控系统俯仰角速率传感器故障情况复杂以及故障检测困难的问题,通过分析飞控系统俯仰角速率传感器的故障种类和故障模式,建立不同情况相关数学模型;依据检测滤波器法检测系统故障的原理,设计飞控系统俯仰角速率传感器故障检测的滤波器;在某飞机处于Ma=0.8,H=50m的飞行状态,利用Matlab和Simulink对飞控系统俯仰角速率传感器故障检测进行仿真验证,仿真表明所建证的飞控系统传感器故障数学模型是正确的,同时表明滤波器检测故障的方法可以高效地检测出飞控系统俯仰角速率传感器的故障.     

飞行控制系统设计中的非硬件冗余技术

本研究的主要目的是在保障可靠性需求的前提下,减少飞行控制系统设计中的硬件冗余.所提出的策略主要包括:信息冗余、解析冗余、时间冗余、气动冗余等.将信息冗余从编码范畴扩展到飞控系统线路与传感器故障的检测,同时在充分分析飞控系统信号之间的关系的基础上,给出了它们之间的转换关系,讨论了时间冗余对瞬态故障抑制的作用,并研究了控制面间气动冗余的相互补偿作用.所提供的故障诊断与信号重构方法几乎涉及飞控系统所有重要信号,因此使用这些策略可以降低硬件冗余,同时降低系统复杂度、重量、空间、费用以及研发时间.     

ARINC659总线多余度飞控计算机故障检测策略研究

针对ARINC659总线多余度飞行控制计算机进行了故障检测策略研究。介绍了该对象飞控计算机的系统架构,并分析了飞控计算机系统可能存在的软硬件故障类型及故障影响,针对各故障类型提出了3种有效的故障检测方法,设计了每种检测方法的具体实施步骤。在检测可靠性方面,通过建立故障概率模型,定量分析了结合3种故障检测方法后对各故障模式的检测正确率。最后搭建了半物理仿真平台,验证了检测方法的快速性与有效性,满足可靠性要求。     

运载火箭飞行控制系统双机仿真技术研究

运载火箭飞行控制系统的研制要求越来越高，需要有一项新的仿真技术及方法，全面验证飞控计算机软硬件设计的正确性，并能在实验室和火箭发射场环境下进行半实物仿真试验。该文对这项技术及方法进行了研究，提出了双机仿真技术方案：双机仿真系统组成、对飞控计算机软硬件设计要求、双机同步仿真方法、伴随仿真方法。这项技术及方法，已在试验实践中得到了很好的应用，满足了运载火箭飞行控制系统越来越高的研制要求，已成为一项十分有效的试验手段。     

神经网络在控制系统故障诊断中的应用研究

飞行控制系统的故障诊断是保证飞行安全的重要手段.研究飞控系统的安全问题,针对飞控系统的非线性和复杂性,采用传统解析方法不能识别飞控系统故障的非线性特征,导致故障诊断准确率低的难题.为了提高故障诊断准确率,提出一种RBF神经网络观测器的故障检测与诊断方法.利用神经网络的非线性建模能力,把飞控系统中输入和输出信号作为神经网络输入与输出,通过神经网络的在线学习,得到需要的参数估计,根据网络预测值和实际输出之差与设定故障阈值的大小比较来判断故障.最后针对实际飞机的作动器三种典型故障建立仿真模型,给出了仿真实现结果,并加以分析.仿真结果表明,方法的故障诊断能力及泛化性均强于传统的解析方法,在故障诊断中很有实用价值.     

大闭环半物理飞行实时仿真系统研究

根据研究课题需要设计了大闭环半物理飞行实时仿真系统。由飞行控制、动力学仿真和视景仿真等分系统组成．基于双余度光传网络高速互连。通过实际仿真测试，验证了容错飞控计算机、光传总线通信协议、两余度作动器等硬件系统的有效性和可行性，并提出该系统的进一步研究方向。     

汽车底盘集成系统的重构控制技术评述

汽车底盘集成控制是当前底盘控制技术的发展方向,主要包括底盘集成控制对象、底盘集成控制策略、底盘集成控制网络和重构控制技术,重构控制将失效的子系统的控制效果分配给其他健全的子系统,以补偿失效的子系统的影响,保证汽车行驶的性能.介绍了底盘集成系统重构控制的结构,分析了重构控制的故障诊断方法和重构控制方法,以及研究的关键技术和难点问题.底盘集成系统的故障诊断及其重构控制对提高底盘集成系统的自适应能力和智能化水平具有重要意义.     

Direct self-repairing control for a helicopter via quantum multi-model and disturbance observer

In this paper, a new direct self-repairing control scheme is developed for a helicopter flight control system with unknown actuator faults and external disturbance. The design of multi-model-based adaptive control is used to accommodate the faulty system under different fault conditions. By appropriate switching based on quantum information technique, the system can be converted to the best model and the corresponding controller. Asymptotic model following performance and system stability is guaranteed. A disturbance observer is introduced to observe the disturbance of the system, which can produce corresponding control signals according to the disturbance. The results including a numerical simulation and a semi-physical verification demonstrate the effectiveness of the proposed self-repairing control approach for the helicopter flight control system.     

计算机控制系统的容错技术

计算机控制系统的可靠性设计是实现柔性智能控制所面临的一个重要课题，而容错技术是系统可靠性设计的关键技术。本文在分析计算机系统可靠性设计的基础上，综述了容错技术的发展、研究的主要内容及实现的主要方法，对常用的几种容错结构进行了比较和评价。指出了对计算机系统进行容错设计必须解决的主要问题。     

基于信号重构的可重构机械臂主动分散容错控制

针对可重构机械臂系统传感器故障,提出一种基于信号重构的主动分散容错控制方法. 基于可重构机械臂系统模块化属性,采用自适应模糊分散控制系统实现正常工作模式时模块关节的轨迹跟踪控制. 当在线检测出位置或速度传感器故障时,分别采用数值积分器或微分跟踪器重构相应信号,并以之代替故障信号进行反馈实现系统的主动容错控制. 此方法充分利用了冗余信息,避免了故障关节控制性能的下降对其他关节的影响. 数值仿真结果验证了所提出容错控制方法的有效性.     

飞行器控制面临的机遇与挑战

当前,飞行器控制的发展面临前所未有的机遇与挑战.基于对飞行器的发展趋势、新需求和新技术特征的分析,本文从飞行器新技术特征、信息化环境、无人系统自主性、高可靠可重构容错系统、飞控系统评估与确认五个方面研究和分析了飞行器控制面临的机遇与挑战.为了达到利用机遇和赢得挑战的目标,作者建议加强如下五个方面的研究: 加强面向飞行器新技术特征的飞行器控制概念、理论与方法研究; 加强面向信息化环境的控制、计算与通讯一体化,以及控制、决策与管理一体化的研究; 加强面向不确定性的无人系统高级别自主性的研究; 加强面向高可靠、高安全性的可重构容错飞控系统的研究; 加强面向高效、高可信度的飞控系统评估与确认方法的研究.     

一种多飞行器自主编队飞行智能仿真系统研究

为缩小多机自主编队飞行理论研究与实际应用的差距,加快导航与控制系统从设计到产品实现的过程,提出了一种用于多飞行器自主编队飞行的智能仿真系统.该仿真系统采用多通道信息采集设备、多通道星座模拟器、协同飞行仿真控制设备,将真实飞行设备接入闭环仿真,有效验证了导航与控制系统方案的可行性.该仿真系统中,用同一时钟模块控制多通道星座模拟器各通道运算周期和动力学平台的运算周期,解决了两者运行时间不一致的问题,有效降低了仿真系统的误差,增强了仿真的真实性.基于专家经验自主发送指令、判断状态和故障诊断,实现智能化测试,提高仿真效率.应用实例表明,自主编队飞行仿真结果与真实飞行结果一致,证明了该仿真系统设计方案的有效性.同时,基于该系统进行飞行产品的软件、硬件、设备同步开发,缩短了研发周期和成本.     

Youla Parameterization Based Adaptive Controller Design for Fault Tolerant Control

A new adaptive controller for fault tolerant control (FTC) is proposed in this paper. It is realized by adapting the reconfigurable fault parameterized matrix with the estimated fault. The proposed approach is applied in a linear reduced order aircraft model, and simulation results show the effectiveness.     

四旋翼直升机姿态系统的直接自修复控制

当四旋翼直升机执行器突发故障或突受干扰时,利用直接自修复控制技术,设计一种基于直接自适应滑模控制的四旋翼直升机姿控系统,使其在故障或干扰信息未知的情况下,仍能保持稳定并且跟踪上理想输出信号.系统的稳定性和跟踪性能是由Lyapunov稳定性定理来确保的,这体现在参数更新律的设计过程中.最后在3DOFhover实验平台上验证了该方法的有效性,同时将该方法与LQR方法作比较,进一步证明了所提算法的优越性.     

可重构容错多机FMS控制系统YH-MCS

本文介绍了我们设计和实现的可重构容错多机柔性制造控制系统ＹＨ—ＭＣＳ的软硬体系结构和技术特点。     

Integrated multiple-model adaptive fault identification and reconfigurable fault-tolerant control for Lead-Wing close formation systems

This paper investigates the attitude and position tracking control problem for Lead-Wing close formation systems in the presence of loss of effectiveness and lock-in-place or hardover failure. In close formation flight, Wing unmanned aerial vehicle movements are influenced by vortex effects of the neighbouring Lead unmanned aerial vehicle. This situation allows modelling of aerodynamic coupling vortex-effects and linearisation based on optimal close formation geometry. Linearised Lead-Wing close formation model is transformed into nominal robust H-infinity models with respect to Mach hold, Heading hold, and Altitude hold autopilots; static feedback H-infinity controller is designed to guarantee effective tracking of attitude and position while manoeuvring Lead unmanned aerial vehicle. Based on H-infinity control design, an integrated multiple-model adaptive fault identification and reconfigurable fault-tolerant control scheme is developed to guarantee asymptotic stability of close-loop systems, error signal boundedness, and attitude and position tracking properties. Simulation results for Lead-Wing close formation systems validate the efficiency of the proposed integrated multiple-model adaptive control algorithm.